智能化出仓机的研制*

张明友 谭达川 毛根武 邱佳志 陈惠钦

(1 中储粮成都储藏研究院有限公司 610091)(2 中央储备粮漳州直属库有限公司 361005)

我国人口众多，每年粮食需求量大，为此国家投资建设了大批粮食储备库。这些储备库主要以平房仓、立筒仓和浅圆仓为主，其中平房仓约占总仓容的86.9%[1]。立筒仓由于下粮口相对固定，容易通过闸门放粮、螺旋清仓机[2]等设备实现自动化出仓。平房仓仓内作业面积大,跨度长21 m(最大可达72 m)[3]，且出粮口不固定，不适合建固定式出仓作业线。散粮出仓机由于可根据粮食位置在仓内移动作业，成为解决平房仓出仓作业的关键装备。

1 出仓机发展现状

市面上现有出仓机按结构可分为翼轮式、刮板式和螺旋式[4]，不同结构的出仓机产量差异较大。通过大量调查分析，翼轮式、链条刮板式出仓机产量30 t/h～50 t/h(无人辅助铲粮，以小麦计算，下同)，单管螺旋式出仓机产量20 t/h～35 t/h，水平螺旋+刮板式出仓机产量60 t/h～120 t/h。绝大部分出仓机尚处在半人工半机械化状态，且抑尘防尘效果均不理想。

国内出仓机生产厂家多为小规模企业，研发投入少，创新能力薄弱，普遍存在产量小、智能化程度低、工人劳动强度大、粉尘污染重等问题。随着人口老龄化不断加剧和国家对环境保护越来越重视，这类出仓机已经不符合现阶段行业需求和国家发展方向，研制一款产量大、智能、环保的出仓机势在必行。

2 总体结构和工作原理

设备由扒粮系统、行走系统、输送系统、智能控制系统和抑尘系统5部分组成，如图1所示。

图1 智能化出仓机总体结构图

扒粮系统固定在输送系统前端，输送系统末端通过铰链与行走系统后置支座相连，前端底部通过液压缸连接在行走系统上，由液压缸的伸缩实现俯仰功能。在智能控制系统的统一调配下，行走系统、扒粮系统、输送系统有机联动，实现大产量出仓作业。出仓作业过程中，扒粮系统将粮食从地面扒起并迅速传送到输送系统中，粮食沿输送系统到达设备出料口，通过密闭式的出料斗落入装车设备。整个扒粮、输送过程均是在微负压的抑尘系统中进行，具有很好的环保效果。

2.1 扒粮系统结构

扒粮系统由壳体、水平绞龙、驱动电机3部分组成，结构如图2所示。壳体由锰钢板激光下料焊接而成，强度高，耐磨性好。水平绞龙由芯轴、螺旋叶片和辅助花轮组成，通过一侧的减速电机驱动。两侧螺旋叶片旋向相反，运行时将两侧粮食推往中间，由辅助花轮将粮食收拢并及时传送到后续输送系统上，提高扒粮效率。

图2 扒头结构图

2.2 行走系统

行走系统采用成熟工业橡胶履带作为底盘，相关尺寸按图纸定做。履带采用大间距花纹橡胶材料，噪声低、牵引性好、质量轻、对地面压强小[5]，行走中能有效减少粮食破碎。底盘由大扭矩液压马达驱动，通过遥控指令或预设程序控制，可前进、后退、转弯和原地回转，操作方便，机动灵活。

2.3 输送系统

输送系统主体结构为800 mm带宽的带式输送机，通过减速电机驱动，设计带速2.5 m/s。当输送品种为小麦，满载荷输送时其横截面S=77600 mm2，如图3所示。计算最大输送产量为Q=S×V×3600=523 t/h。

2.4 智能控制系统

智能控制系统包括智能控制箱、手持操作器和传感器三部分，这三部分交互作用，可实现智能化出仓作业。扒头前方集成两组金属传感器，用于探测扒头埋藏在粮堆中的金属地上笼。左右两侧集成超声波传感器，可检测设备前方和两侧墙体、人或其他障碍物的距离。当被检测物距离小于预设保护距离时，设备自动停止运行，并通过声光进行报警，提示操作人员前来处理，保障设备、设施安全。设备集成了视频系统和遥控系统，操作人员只需在仓外就可以实时操控和监视设备作业。智能控制系统内置编程接口，可通过程序代码设置扒粮路径，让出仓机按照预设路径进行自动扒粮作业，实现出仓智能化。智能控制器原理框图如图4所示。

2.5 抑尘系统

设备采用“密闭为主、吸风为辅”抑尘方式[6]，扒头中央内置负压风道，输送系统采用整体式密闭抑尘[7]，输送机身设置一体式上盖，侧面辅助胶皮进行密封，出料口设置密闭出料斗和柔性密闭罩，抑尘效果良好。

3 测试情况

本设备扒头壳体呈锥铲型，自身具有很好的散粮导向功能，加上内部螺旋叶片和花轮的收拢传递作用，可轻松实现玉米、小麦、稻谷及大豆等颗粒状粮食的扒粮出仓功能。为验证设备效果，选择休止角最大、流动性最差的稻谷[8]作为测试样品。通过稻谷实仓作业测试，设备产量、扒粮能耗、噪声、粉尘浓度数据如表1。

表1 智能化出仓机稻谷测试结果

由表1可知，所研制的智能化出仓机稻谷作业产量140.4 t/h，远大于设计目标70 t/h；能耗0.05 kW·h/t，粉尘浓度8.87 mg/m3，噪声72.4 dB(A)，均小于预期目标。

4 结论

4.1 智能化出仓机采用橡胶履带底盘为动力，水平绞龙+辅助花轮为扒粮结构，产量大、噪声低。

4.2 设备可遥控和按编程路径作业，能自动识别金属地上笼和其他障碍物功能，智能化程度和安全性较高。

4.3 设备采用“密闭为主、吸风为辅”抑尘方式，环保优势明显。

4.4 设备可广泛用于粮食仓储、加工、饲料、散粮中转站等场合，市场应用前景广阔。同时也能对我国出仓设备的研发起到参考作用。